铜质基材上脉冲ndyag激光熔覆的研究

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1、分类号学号M201272050学校代码10487密级硕士学位论文铜质基材上脉冲Nd:YAG激光熔覆的研究学位申请人：郑长军学科专业：光学工程指导教师：朱长虹副教授答辩日期：2014.5.19万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyabouttheCladdingonCopper-basedwithPulsedNd:YAGSolid-sta

2、teLaserCandidate:ZhengChengjunMajor:OpticalEngineeringSupervisor:AssociateProf.ZhuChanghongHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成

3、果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打

4、“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要本论文针对在基材铜板表面进行熔覆过程中结晶生长的热源、材料和工艺进行了理论和实验研究。首先，介绍了激光熔覆技术的研究现状，并结合铜板表面激光熔覆的实际需求对激光器的稳定性、输出特性和工作特性进行了理论分析，并通过实验数据加以论证，得到相应曲线，论证了课题组中自行研制的平均功率千瓦量级，单脉冲能量10J以上的Nd:YAG固体脉冲激光器适合作为铜板表面激光熔覆的热源。以暂态热传导方程为依据，同时应用AN

5、SYS软件的热分析功能，对激光熔覆过程中的温度场进行了模拟，对比了温度场和激光束功率密度的分布规律。根据哈根-鲁本斯方程推导了铜对激光的吸收率与温度之间关系。详细分析了铜板在不同温度下对波长为1064nm激光的吸收率，从而得到了激光功率密度关于温度(T)和空间(x,y)位置的关系式，同时研究了铜板在不同温度下的导热率，由此进行了温度场模拟。论证了铜板温度场与激光束的功率密度分布规律。粉末是激光熔覆过程中主要材料。在铜基质材料熔覆基础上，分析了镍基、钴基和铁基三大类自熔性粉末各自不同的特性，总结了试

6、验中选择钴基粉末的原因。根据该粉末的特性分析两种不同送粉方式的不同特点。在完成熔覆层的制备以后，对熔覆层质量和性能的检测。分析了影响熔覆层质量的主要因素，分别为激光光束功率、离焦量（光斑半径）、移动速度，逐一分析了着三个因素对熔覆层的具体影响和实体表征。然后，对熔覆层从宏观表面和内部微观结构进行检测和分析，宏观上检测了熔覆层表面的平滑度和有无气孔，裂纹等缺陷；在微观方面主要检测了熔覆层内部结构、金相分析、硬度及耐磨性，然后分析了相关的实验数据。最终得到的熔覆层结构致密无气孔和裂纹缺陷，其硬度和耐磨

7、性有了很大提高，同时，也证明了脉冲Nd:YAG固体激光器在高导热材料上进行激光熔覆的可行性和实用性。关键词：Nd：YAG激光器激光熔覆温度场熔覆层耐磨性I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractAtheoreticalandexperimentalaboutheat,materialsandcraftsforthecoppersubstratesurfacelasercladdingprocesswasinvestigatedinthisthesis.Firstly,thedevelopm

8、entstatusofNd:YAGlaserwasintroduced,combinedwiththeactualneedsoflasercladdingonthesurfaceofthecopper,thestability,outputcharacteristicsandoperatingcharacteristicsofthelaserwereanalyzed,whiletheexperimentaldatawasdemonstrated,thecorrespondingcu